1級管工事施工管理技士（第一次検定）「機械工学等の基礎」出題ポイント解説

1級管工事施工管理技士 第一次検定「機械工学等の基礎」の出題ポイントを整理します。1級は2級より理論の深さが要求され、ベルヌーイ式・ダルシーワイスバッハ式・モリエ線図・湿り空気線図SHF/PMVなど計算根拠まで踏み込んだ出題が中心です。本記事では数値基準とともに頻出論点を体系化します。

※受験料・試験日程・合格基準・出題範囲は改定される場合があります。最新情報は必ず全国建設研修センターの公式情報でご確認ください。

出題傾向

• 分野: 環境工学・流体工学・熱工学・燃焼・冷凍・電気工学・配管材料・建築学
• 出題形式: 四肢択一マークシート。第一次検定は73問中60問解答（一部選択式）
• 合格基準: 全体60%以上＋施工管理法応用能力60%以上
• 2級と異なり、計算式の意味・代表的な数値基準・機器特性曲線の理解まで問われる

頻出論点1: 環境工学 - 採光・換気・伝熱・湿り空気線図

• 採光・照度: 居室の窓面積は床面積の1/7以上（建築基準法）。照度はlx（ルクス）で表す
• 換気: 必要換気量は在室人員1人あたり概ね30m³/h以上が目安。CO₂濃度は1,000ppm（0.1%）以下に維持
• 湿り空気線図: 乾球温度・湿球温度・絶対湿度・相対湿度・露点温度・比エンタルピー・比容積の関係を読み取る
• SHF（顕熱比）: 全熱量に対する顕熱量の比。SHF=顕熱負荷/(顕熱負荷+潜熱負荷)。空調機の吹出空気状態を決定する重要指標
• PMV（予測平均温冷感申告）: 温熱環境の総合評価指標。-3〜+3で表され、0が中立。ISO 7730で規格化

頻出論点2: 環境工学 - 音響

• 音の三要素: 音圧レベル（dB）・周波数（Hz）・音色。音圧レベルは20μPaを基準とする対数表示
• NC値: 室内騒音評価値。事務室NC-35〜40、会議室NC-30〜35が目安
• 透過損失: 壁体を透過する際の音の減衰量。質量則により面密度が大きいほど大きい
• 残響時間: 音源停止後、音圧レベルが60dB減衰するまでの時間。Sabineの式で算出

頻出論点3: 流体工学 - ベルヌーイの定理と管路抵抗

• ベルヌーイの定理: 圧力水頭＋速度水頭＋位置水頭＝一定（摩擦損失無視の場合）。実流体では摩擦損失水頭を加える
• ダルシー・ワイスバッハの式: 管摩擦損失水頭 hf=λ（L/D）（v²/2g）。管長Lに比例、管径Dに反比例、流速vの2乗に比例
• レイノルズ数Re: Re=vD/ν。Re<2,300で層流、Re>4,000で乱流。ν（動粘度）に反比例
• 局部抵抗: 曲がり・分岐・弁・拡大縮小での損失。抵抗係数ζを用いて hL=ζ（v²/2g）

頻出論点4: 流体工学 - ポンプの特性

• 遠心ポンプ: 高揚程・小〜中流量に適する。羽根車の回転で動圧を圧力に変換
• 容積ポンプ: ギヤ・ピストン・スクリュー式など。粘性流体・少量定量送液に適する
• 特性曲線: 流量Q-揚程H曲線、Q-軸動力L曲線、Q-効率η曲線。運転点は配管抵抗曲線との交点
• キャビテーション: ポンプ吸込側で局部圧力が飽和蒸気圧以下となり気泡が発生・崩壊する現象。羽根車を侵食し騒音振動を生じる
• NPSH（有効吸込ヘッド）: NPSHav（利用可能）>NPSHrq（必要）を満たすこと。吸込揚程を小さく・吸込配管を短くする
• 並列運転: 同特性ポンプ2台並列で流量は約2倍だが、抵抗増加により実流量は2倍未満。直列運転: 揚程は約2倍だが管路抵抗が変わると実揚程は2倍未満

頻出論点5: 流体工学 - 送風機とサージング

• 送風機の種類: 多翼送風機（シロッコファン）は低圧大風量向け、ターボ送風機は高静圧向け、軸流送風機は大風量低圧向け
• サージング: 送風機の右上がり特性領域で運転すると、流量と圧力が周期的に変動して激しい騒音振動を生じる現象
• 防止策: 特性曲線の右下がり領域で運転する、最小風量を確保する、サージング防止用バイパスダンパを設ける
• 送風機の相似則: 流量∝回転数、圧力∝回転数²、動力∝回転数³

頻出論点6: 熱工学 - 熱力学・カルノーサイクル・ボイラ・燃焼

• 熱力学第一法則: エネルギー保存則。熱量Q＝内部エネルギー変化ΔU＋外部仕事W
• 熱力学第二法則: 熱は高温部から低温部へのみ自然移動。エントロピーは増大方向に進む
• カルノーサイクル: 理論最大効率サイクル。η=1-（T_L/T_H）。T_H：高温熱源、T_L：低温熱源（絶対温度K）
• ボイラの種類: 炉筒煙管ボイラ（中小容量）、水管ボイラ（高圧大容量）、貫流ボイラ（小容量・蒸気立ち上がり早い）、鋳鉄製ボイラ（低圧温水）
• 燃焼計算と空気比: 理論空気量に対する実際空気量の比。一般に1.1〜1.3。空気比が大きすぎると排ガス損失増加、小さすぎると不完全燃焼でCO発生

頻出論点7: 冷凍 - 冷凍サイクル・モリエ線図・COP

• 蒸気圧縮式冷凍サイクル: 圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器の4過程。電気を動力とする一般的方式
• 吸収式冷凍サイクル: 蒸発器・吸収器・再生器・凝縮器の4機器。臭化リチウム水溶液と水（冷媒）を使用。熱源は蒸気・温水・ガス
• モリエ線図（p-h線図）: 横軸比エンタルピー、縦軸圧力。冷凍サイクルを線図上で表現し、冷凍効果・圧縮仕事・COPを算出
• COP（成績係数）: 冷凍能力／圧縮機消費動力。蒸気圧縮式で3〜6程度、吸収式で1前後（投入熱基準）
• 冷媒: HFC系（R32・R410A等）が主流。HCFC（R22）は全廃へ。自然冷媒（CO₂・アンモニア・炭化水素）も普及

頻出論点8: 電気工学 - 三相誘導電動機

• 三相誘導電動機: 設備機器の主動力源。固定子の回転磁界が回転子に誘導電流を生じさせ回転する
• 同期速度Ns: Ns=120f/P（f：周波数Hz、P：極数）。50Hz4極で1,500min⁻¹、60Hz4極で1,800min⁻¹
• すべりs: s=(Ns-N)/Ns。定格運転時2〜5%程度
• 始動方式: 全電圧始動（5.5kW未満）、スター・デルタ始動（11kW以上で始動電流抑制）、インバータ始動（省エネ・回転数制御）
• 力率改善: 進相コンデンサで遅れ力率を改善し、電力損失と電圧降下を低減

頻出論点9: 配管材料・建築学

• 配管用炭素鋼鋼管（SGP）: 白管（亜鉛めっき）と黒管。給水・空調冷温水・蒸気配管に広く使用。最高使用温度・圧力に制限あり
• ステンレス鋼管（SUS）: 耐食性高く給水給湯に適する。SUS304は塩素環境で応力腐食割れに注意
• 銅管: 給湯・冷媒配管に使用。Mタイプ（薄肉）
• 硬質ポリ塩化ビニル管（VP・VU・HIVP）: 軽量・耐食。耐熱60℃程度。屋外露出は紫外線劣化に注意
• 腐食と防食: マクロセル腐食（異種金属接続）、ミクロセル腐食（局部）、土壌腐食。電気防食（流電陽極・外部電源）、ライニング、犠牲陽極で対策
• 溶接接合: 被覆アーク溶接・TIG溶接が主流。配管の突合せ溶接では開先加工・ルート間隔を適正に
• 省エネ基準: 建築物省エネ法によりBEI≦1.0が義務化（一定規模以上）。一次エネルギー消費量で評価

効果的な学習法

1級は数値基準・公式・特性曲線の意味を理解することが得点の鍵です。当サイトの一問一答で繰り返し演習し、知識を定着させましょう。続いて空調・衛生設備の出題ポイントに進むと、ここで学んだ基礎理論が各設備の理解に直結します。

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